Realization of nano-structured free form surface and optimization of functional pattern on the surface

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03153
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉岡 勇人 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90361758)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 超磁歪素子 / 接触検知 / モニタリング / 精密加工

Outline of Annual Research Achievements

超磁歪素子を駆動要素とした回転工具対応の工具サーボを用いた三次元加工システムを実現するため，空気静圧主軸を工具主軸に用いた加工システムを構築した．具体的には，横形マシニングセンタの構造をベースとして，Z軸およびX軸にリニアモータ駆動の直動システム，重力方向であるY軸にボールねじ駆動の直動システムをそれぞれ採用することで，汎用性の高い三次元加工システムを実際に構築した．また構築した工具サーボの駆動特性を評価し，ストローク４０マイクロメートル以上，およびバンド幅３７０Hzの高速応答を実現していることを確認した．このような特性によって，多彩な微細構造を高能率に創成することが可能になると考えられる．
また前年度シミュレーションで有用性を確認した，波長の異なる２つのレーザ光を用いた光学的な工具―工作物接触検知方法について，原理確認のための実験を行った．レーザ光源，ピエゾステージ，光学プリズム，フォトダイオード，ロックインアンプにより構成した実験装置を用いることで，相対距離変化に応じた信号出力を評価した．その結果，接触する直前より相対距離に応じてフォトダイオード出力が変化すること，レーザ波長によってその変化が異なることを実際に確認した．さらに，それぞれのレーザに対応する出力信号の減少量の比をパラメータとすることで，接触する金属材料が変化しても１００nm以下の精度で接触位置が推定可能であることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

超磁歪素子による工具サーボを組み込んだ三次元加工システムを実際に構築し基本特性をすでに評価している．また並行して進める研究項目である，エバネッセント光を用いた材料に依存しない接触検知についても，シミュレーションおよび原理確認実験の両方から有用性を確認しており，順調に研究が進展していると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

申請した研究計画に基づき，2019年度（最終年度）に機能パターンの創成およびその評価を行う．まず創成する微細構造パターンの概要を決定し，パターンの特徴パラメータを制御する加工プログラムを作成する．その後，実際にパラメータを変化させた種々の機能表面の創成を行い，その機能性の評価を行う．